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    管道式氣體體積流量測(cè)量中溫度和壓力修正的必要性

    2018-03-26 16:56:51  來(lái)源：廣州迪川儀器儀表有限
    管道式氣體體積流量測(cè)量中溫度和壓力修正的必要性
    管道式氣體流量測(cè)量中,溫度和壓力修正是提高氣體流量測(cè)量精度的重要手段之一。
    文中分別介紹溫度和壓力偏離設(shè)定值時(shí)對(duì)使用直接輸出流量計(jì)和差壓式流量
    計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量所帶來(lái)的誤差,并通過(guò)工程實(shí)例示出溫度和壓力在8種極端變
    化狀況下產(chǎn)生的測(cè)量誤差,以對(duì)溫度和壓力變化造成的誤差提供一些量的概
    念。指出,如今實(shí)施溫度和壓力修正并不像以前單元組合儀表那樣麻煩,應(yīng)適
    當(dāng)考慮修正。*后給出幾點(diǎn)推薦性意見(jiàn)。
     
    1 氣體體積流量的含義
    氣體體積流量系指單位時(shí)間輸送管道中流過(guò)的氣體體積。氣體體積有工作狀
    態(tài)下體積和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積之分,它們都是指在某個(gè)壓力和某個(gè)溫度情況下的
    體積,后者是指壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為0℃(或20℃)時(shí)的氣體體積。
    標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度多數(shù)指0℃,僅在某些場(chǎng)合,例如鼓風(fēng)機(jī)的流量,因多指風(fēng)機(jī)的入
    口狀態(tài),所以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度采用的是20℃。由于使用工作狀態(tài)流量參數(shù)時(shí),需
    說(shuō)明相應(yīng)的工作溫度和壓力,這樣比較麻煩,并且在人們的腦海中不容易建立
    一個(gè)量的概念,因此,在工程中常使用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。
    既然氣體的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的流量,那么,當(dāng)介質(zhì)溫度和壓力
    偏離設(shè)定狀態(tài)時(shí),儀表測(cè)量的示值就會(huì)產(chǎn)生變化。變化有多大,是否需要修正,
    這就是本文所探討的問(wèn)題。
     
    2 溫度壓力變化對(duì)體積流量造成的誤差
    2.1 直接輸出式流量計(jì)
    所謂直接輸出的流量計(jì)是指流量信號(hào)不用開(kāi)方處理的流量計(jì),例如渦街流量計(jì)、
    轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。
    根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知
    式中,p,t,v分別為氣體的壓力、溫度,以及在此溫度下的體積;c為常數(shù)。
    對(duì)于某確定被測(cè)對(duì)象,其管道直徑確定后,式
    (1)可改寫(xiě)為式(2)和式(3)
    式中,q為體積流量;p1s,t1s,q1s,p1w,t1w,q1w分別為選擇直接輸出式流量計(jì)時(shí)
    計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行時(shí)其壓力、溫度和流量值。由此可得壓力、溫度偏離設(shè)定值
    p1s和t1s時(shí)造成的流量誤差為
    2.2 差壓式流量計(jì)
    采用節(jié)流裝置測(cè)量流量時(shí),視被測(cè)氣體為不可壓縮氣體,其流量與節(jié)流裝置兩端
    的差壓δp的關(guān)系為
    式中,k為常數(shù); r為隨壓力、溫度變化的氣體密度,并可用下式表達(dá):
    式中,rn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓力為pn,溫度為tn)下被測(cè)氣體的密度。由式(5)和式(6)
    得到節(jié)流裝置在設(shè)定壓力、溫度下和在某個(gè)工作壓力、溫度下的體積流量表達(dá)
    式為:
    上述式中,p2s,t2s,q2s,p2w,t2w,q2w分別為選擇差壓式流量計(jì)時(shí)計(jì)算和實(shí)際
    運(yùn)行時(shí)其壓力、溫度和流量值。
    由式(7)和式(8)得到壓力、溫度偏離設(shè)定值時(shí)造成的誤差為:
    3 典型實(shí)例
    下面給出幾個(gè)溫度和壓力修正的實(shí)例,通過(guò)一些具體數(shù)據(jù),說(shuō)明實(shí)際使用中正
    確實(shí)施溫度和壓力修正的必要性。
    例1,設(shè)定壓力p1s=0. 35mpa(絕對(duì)壓力),壓力變化范圍為0. 33~0. 37mpa。
    設(shè)定溫度t1s=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測(cè)介質(zhì)為天然氣,采用渦街
    流量計(jì)測(cè)量。
    將8個(gè)極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(4),得到其相應(yīng)的
    誤差δ1。表1列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
    由表1可見(jiàn),當(dāng)溫度增大、壓力減小或溫度降低、壓力增大時(shí),也就是第2、
    第3種情況時(shí)產(chǎn)生的誤差*大。
    例2,設(shè)定壓力p2s=0. 109mpa(絕對(duì)壓力),壓力變化范圍為0. 108~0. 110mpa。
    設(shè)定溫度ts=313k,溫度變化范圍為293~333k。被測(cè)介質(zhì)為高爐煤氣,采用差壓
    式流量計(jì)測(cè)量。
    將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),便可以得到其
    相應(yīng)的誤差δ2。表2列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
    由表2可見(jiàn),溫度不變,壓力變化時(shí),總體上造成的誤差不大。
    例3,設(shè)定壓力p2s=0. 7mpa(絕對(duì)壓力),壓力變化范圍0.3~0. 8mpa。設(shè)定溫
    度t2s=313k,溫度變化范圍為293~333 k。被測(cè)介質(zhì)為氮?dú)?/span>,采用差壓式流量
    計(jì)測(cè)量。
    同樣將8種極限壓力、溫度值,以及壓力、溫度的設(shè)定值代入式(9),得到其相
    應(yīng)的誤差δ2。表3列出了相應(yīng)各參數(shù)的情況。
    由表3可見(jiàn),第3~5種情況造成的誤差*大,這是因?yàn)檫@3種情況下的壓力波動(dòng)太
    大。
    4 推薦意見(jiàn)
    (1)由上面的典型例子可見(jiàn),被測(cè)介質(zhì)在實(shí)際運(yùn)行中,由于壓力、溫度偏離設(shè)定
    值,所以會(huì)給流量的示值帶來(lái)不同程度的誤差。因此,作為計(jì)量用的能源介質(zhì)
    流量測(cè)量,都應(yīng)考慮溫度和壓力修正。
    (2)對(duì)于不作為計(jì)量用的氣體流量測(cè)量,如果已獲得溫度、壓力信號(hào),也應(yīng)該考
    慮溫度和壓力修正。因?yàn)楫?dāng)今的二次儀表或作為二次儀表使用的各種計(jì)算機(jī)
    系統(tǒng)(dcs, plc, ipc等)都具有溫度和壓力修正功能,已無(wú)需像以前老式儀表
    那樣搭接一個(gè)復(fù)雜的能滿足功能要求的儀表硬件系統(tǒng)。
    (3)對(duì)于常溫、常壓下的氣體,也就是說(shuō),溫度為30~40℃,壓力為10 kpa左右
    的氣體,不作為計(jì)量用,僅作工藝操作參考時(shí),可以不考慮溫度和壓力修正,因
    為這種工況下(參見(jiàn)上面的例2),溫度和壓力的變化帶來(lái)流量示值的誤差不是
    很大。
    (4)對(duì)于壓力為0. 01 mpa以上的氣體,不管流量測(cè)量的目的是什么,應(yīng)盡量考
    慮溫度和壓力修正(如果是常溫氣體,可單獨(dú)設(shè)壓力修正,不設(shè)溫度修正)。這
    是因?yàn)樵谶@種情況下,壓力的波動(dòng)給流量測(cè)量示值帶來(lái)的誤差較大(參見(jiàn)例3)。
    鋼鐵廠中設(shè)備密封或吹掃用的氮?dú)饬髁繙y(cè)量就屬于這種情況。由于氮?dú)鈦?lái)源
    往往不十分充足,一旦使用,氮?dú)夤艿缐毫ν蠓认陆怠１M管在這種工況
    下對(duì)流量測(cè)量的精度要求很低,但由于壓力波動(dòng)的影響太大,也應(yīng)該考慮壓力
    修正。
     
     
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    陳康 先生
    市場(chǎng)部門(mén)經(jīng)理/市場(chǎng)人員